Manual de Bombeo

GRUNDFOS INDUSTRY

MANUAL DE BOMBEO

ndice

AAcero inoxidable 66 Acero 65 Acoplamiento bsico 16 Acoplamiento exible 16 Acoplamiento por espaciador 16 Acoplamiento 16 Acoplamiento bsico 16 Acoplamiento exible 16 Acoplamiento por espaciador 16 Adaptador de cierre 29 Ahorros energticos 111, 114, 117 Aislamiento de fases 48 Aislamiento del motor 48 Aislamiento reforzado 48 Ajuste del rendimiento de la bomba 106 Aleaciones de cobre 69 Aleaciones de nquel 69 Aleaciones ferrosas 65 Aleaciones metlicas 65 Aleaciones ferrosas 65 Alimentacin 47 Altura geodsica 99 Altura 9, 85 Aluminio 70 Amortiguadores de vibraciones 79 Arranque con autotransformador 46 Arranque del motor 46 Arranque directo en lnea (DOL) 46 Arranque directo en lnea (DOL) 46 Arranque en estrella/delta 46 Arranque con autotransformador 46 Convertidor de frecuencia 46, 47 Arranque suave 46 Arranque en estrella/delta 46 Arranque suave 46 Arrastre magntico 19 ATEX (ATmsfera EXplosiva) 41 Austentico (no magntico) 68

BBase Peana otante 78 79

Suelo 79 Peana 79 Amortiguadores de vibraciones 79 Bomba centrfuga 8 Bomba con acoplamiento corto 12, 13, 16 Bomba con acoplamiento largo 12, 13, 16 Bomba con motor provisto de diafragma 18 Bomba de aspiracin axial 12 Bomba de caudal radial 8 Bomba de desplazamiento positivo 24 Bomba de diafragma 25 Bomba de dosicacin 25 Bomba en lnea 12, 13 Bomba estndar 17 Bomba gemela 11 Bomba horizontal 12, 13 Bomba monocelular 11, 12, 13, 15 Bomba multicelular 11, 12, 13, 16 Bomba para aguas residuales 21 Bomba sanitaria 20 Bomba sellada hermticamente 18 Bomba sumergible 22 Bomba sumergible 23 Bomba vertical 12, 13 Bomba Bomba de caudal axial 8 Bombas para pozos de sondeo 23 Bomba con motor provisto de diafragma 18 Bomba centrfuga 8 Bomba con acoplamiento corto 12, 13, 16 Bomba de diafragma 25 Bomba de dosicacin 25 Bomba cerrada hermticamente 18 Bomba horizontal 12, 13 Bomba sumergible 22 Bomba con acoplamiento largo 12, 13, 16 Bomba con arrastre magntico 19 Bomba con caudal mixto 8 Bomba multicelular 11, 12, 13, 16 Bomba de desplazamiento positivo 24 Bomba de caudal radial 8 Bomba sanitaria 20 Bomba monocelular 15 Bomba con cmara partida 12, 13, 17 Bomba estndar 17

ndice

Index

Bomba vertical 12, 13 Bomba para aguas residuales 21 Bombas con cmara partida 12, 13, 17 Bombas con convertidor de frecuencia integrado118 Bombas conectadas en serie 103 Bombas de caudal axial 8 Bombas de caudal mixto 8 Bombas de velocidad controlada en paralelo 102 Bombas en paralelo 101 Bombas para pozos de sondeo 23 Bombas para pozos profundos 23 Bombas sobredimensionadas 106

CCalentamiento del motor en reposo 51 Cambio del dimetro del impulsor 108, 110 Capacidad trmica 93 Caracterstica de la bomba 9, 96 Caracterstica del sistema 96 Sistema cerrado 96, 98 Sistema abierto 96, 99 Carcasa con voluta doble 15 Carcasa con voluta simple 15 Carcasa de la bomba 15 Carcasa de voluta 11 Carcasa del canal de retorno 11, 15 Carcasa 15 Voluta doble 15 Voluta simple 15 Canal de retorno 15 Caucho de etileno propileno (EPDM) 72 Caucho de nitrilo 72 Caucho de silicona (Q) 72 Caucho 72 Caucho de etileno propileno (EPDM) 72 Fluoroelastmeros (FKM) 72 Caucho de nitrilo (NBK) 72 Peruoroelastmeros (FFKM) 72 Caucho de silicona (Q) 72 Cierre con fuelles de caucho 31 Caudal de masa 83 Caudal de volumen 83 Unidades Apndice A Caudal 83 Masa del caudal 83

Volumen del caudal 83 Unidades Apndice B Cavitacin 10, 89 Corrosin por cavitacin 63 Cermica 71 Cierre con junta trica 31 Cierre de cartucho 32 Cierre de fuelles metlicos 32 Cierre equilibrado 30 Cierre mecnico 18, 28 Cierre de fuelles 31 Cierre de cartucho 32 Cierre de fuelles metlicos 32 Cierre de fuelles de caucho 31 Funcionamiento 29 Purga 32 Cierre no equilibrado 30 Cierre 28 Cierre equilibrado 30 Cierre no equilibrado 30 Clase de aislamiento 44 Clase de proteccin (IP), motor 43 Consumo 10, 91 Potencia hidrulica 10, 91 Potencia en el eje 91 Control de derivacin 106 Control por estrangulamiento 106, 110-113 Control de la presin Control de presin diferencial constante 115 Presin constante 114 Control de presin constante 119 Presin de suministro constante 114 Control de presin diferencial 116 Control de presin proporcional 120 Control de velocidad variable 108 Control de velocidad 106, 108, 110 Control de velocidad variable 108 Control 106 Control por estrangulamiento 107 Control de derivacin 107 Control de velocidad 108 Control de presin diferencial constante 115 Control de presin constante 114 Control de temperatura constante 115 Convertidor de frecuencia 47, 108, 118

Corriente no sinusoidal 124 Corrosin en aberturas 62 Corrosin en oricios 61 Corrosin galvnica 64 Corrosin intergranular 62 Corrosin por erosin 63 Corrosin selectiva 62 Corrosin uniforme 61 Corrosin 60 Corrosin por cavitacin 63 Fatiga de corrosin 64 Corrosin en aberturas 62 Corrosin por erosin 63 Corrosin galvnica 64 Corrosin intergranular 62 Corrosin en oricios 61 Corrosin selectiva 62 Grietas de corrosin por tensin (SCC) 63 Corrosin uniforme 61 Costes de adquisicin 129 Costes de funcionamiento 106, 130 Costes de instalacin y puesta en marcha 129 Costes de mantenimiento y reparacin 131 Costes de paralizacin 131 Costes de prdidas de produccin 131 Costes de retirada de servicio y eliminacin 131 Costes del ciclo vital 117, 128 Ejemplo 132 Costes del sistema 117 Costes energticos 130 Costes iniciales 129 Costes medioambientales 130 Curva caracterstica de la bomba 9 Curva de bomba para lquidos viscosos 55 Curva de rendimiento 10 Curva del rendimiento de la bomba 9, 96 Curva QH 9

Doble cierre espalda con espalda Doble cierre mecnico Doble cierre en tndem Doble entrada

34 33 33 17

EEje 11 Elevacin geodsica

F

99 64 68 68 123 55 55 72 28 14 15

Fatiga de corrosin Ferrtico (magntica) Ferrtico-austentico o dplex (magntica) Filtro de EMC Fluido newtoniano Fluido plstico Fluoroelastmeros (FKM) Frontal de cierre Fuerzas axiales Fuerzas radiales

GGrietas de corrosin por tensin (SCC) 63

HHierro fundido Hierro gris Hierro nodular 66 66 66

IIEC, motor 40 Impulsor bicanal 21 Impulsor de aspiracin simple 11 Impulsor de aspiracin doble 11, 17 Impulsor monocanal 21 Impulsor 14, 21 Canal doble 21 Monocanal 21 Vrtex impulsor 21 Instalacin de la bomba 77 Interruptor automtico de fugas a tierra (ELCB)125 Juntas de dilatacin 80

DDensidad Unidad Agua Salmuera Directrices EMC 10, 93 Apndice A Apndice D Apndice L 123

ndice

Index

LLquido dilatador Lquido no newtoniano Liquido tixotrco Lquido viscoso Lquido Dilatador Newtoniano No newtoniano Fluido plstico Tixotrco Viscoso 55 55 55 54 54 55 55 55 55 55 54

MMartenstico (magntico) 68 Modulacin por duracin de impulso (PWM) 123 Montaje del motor (IM) 43 Motor asncrono 40 Motor con seguridad ampliada 41 Motor elctrico 40 Motor ignfugo 41 Motor con seguridad ampliada 41 Motor sin chispas 42 Motor ignfugo 41 Motor sin chispas 42 NPSH (Altura de aspiracin positiva neta)10, 89 Motores 40

Plstico 71 Potencia en el eje 91 Potencia hidrulica 10, 91 Prensaestopas 28 Presin absoluta 85 Presin de medida 85 Presin de vapor 90, Apndice D Presin del sistema 88 Presin diferencial 88 Presin dinmica 84 Presin esttica 84 Presin medida 85 Presin 84 Presin absoluta 85 Presin diferencial 88 Presin dinmica 84 Presin manomtrica 85 Presin de medida 85 Presin esttica 84 Presin del sistema 88 Unidades 85, Apndice A Presin de vapor 90, Apndice D Proteccin del motor 49 Pruebas de ignicin de polvo (DIP) 42 Punto de referencia 114 Punto de servicio 96 Purga 32 PWM (Modulacin por duracin de impulso) 123

NNEMA, norma para motores Nivel sonoro Nivel de presin sonora Normas IEC, motor NEMA, motor Normativa sanitaria 40 81 82 40 40 40 20

RRendimiento del motor Rendimiento Rendimiento a velocidad reducida Resistencias conectadas en paralelo Resistencias conectadas en serie Resistencias simples Resistencias conectadas en serie Revestimientos metlicos Revestimientos no metlicos Revestimientos orgnicos Revestimientos Revestimientos metlicos Revestimientos no metlicos Revestimientos orgnicos 49 10 109 98 97 97 97 73 74 74 73 73 74 74

PPeana otante Peana Peruoroelastmeros (FFKM) Pinturas 79 79 72 74

Rodamientos Rodamientos aislados Ruido (vibracin)

51 48 78

VVlvula de mariposa Vibraciones Viscosidad cinemtica Viscosidad dinmica Viscosidad Viscosidad dinmica Vrtex impulsor 107 78 54, Apndice L 54 54, Apndice L 54 21

SSeleccin de bombas asistida por ordenador 58 Sellado de fuelle 31 Sistema abierto 96, 99 Sistema cerrado 96, 98 Sistema de control PI 114

TTamao del bastidor Temperatura Unidades Termistores PTC Termoplsticos Termosets Titanio Transmisor de presin (PT) 44 93 Apndice B 50 71 71 70 114

GUA DE REFERENCIA DE BOMBAS

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IntroduccinLa industria de fabricacin requiere bombas con exigentes requisitos en cuanto a funcionamiento p-timo, alta abilidad y bajo consumo de energa. Por consiguiente, Grundfos ha desarrollado esta Gua de referencia de bombas, que de un modo sencillo se ocupa de distintas consideraciones relativas al dimensionamiento de bombas y sistemas de bombeo. Hemos elaborado una gua de referencia para ingenieros y tcnicos que trabajan en el diseo e instalacin de bombas y sistemas de bombeo a n de ofrecer respuestas a una amplia gama de cuestiones tcnicas especcas de las bombas. Esta gua de referencia de bombas se puede leer de principio a n y tambin permite consultar temas es-peccos. El material est dividido en 5 captulos que se ocupan de distintas fases del diseo de sistemas de bombeo. En el captulo 1 se hace una presentacin general de los distintos tipos de bombas y componentes. Aqu tambin se describe qu medidas de precaucin se deben adoptar cuando se trabaja con lqui-dos viscosos. Asimismo, aqu tambin se presentan los materiales ms utilizados, adems de los distintos tipos de corrosin. La terminologa ms importante relacionada con el rendimiento de las bombas se presenta en el captulo 2. El captulo 3 trata de la hidrulica del sistema y de algunos de los factores ms importantes a tener en cuenta para obtener un funcionamiento ptimo del sistema de bombeo. Puesto que a menudo resulta necesario anar el rendimiento de la bomba por medio de distintos mtodos de ajuste, estos se tratan en el captulo 4. El captulo 5 describe los costes del ciclo vital, ya que el consumo de energa desempea un papel muy importante en las bombas y en los sistemas de bombeo actuales. Conamos en que encontrar til esta gua de referencia de bombas y que la utilizar en su trabajo diario.

Segment Director Allan Skovgaard

Business Development Manager Claus Brnholdt Nielsen

Tabla de Contenidos

Captulo 1 Diseo de bombas y motores .......... 7Apartado 1.1 Estructura de las bombas ..........................8 1.1.1 Bombas centrfugas ..................................................................... 8 1.1.2 Curvas de las bombas.........................................................................9 1.1.3 Caractersticas de las bombas centrfugas ................... 11 11.1.4 Tipos de bombas en lnea y de aspiracin axial ms comunes ........................................................................................... 12 1.1.5 Tipos de impulsores (fuerzas axiales) ................................14 1.1.6 Tipos de carcasas (fuerzas radiales) .................................... 15 1.1.7 Bombas monocelulares .................................................................. 15 1.1.8 Bombas multicelulares ...................................................................16 1.1.9 Bombas con acoplamiento largo y con acoplamiento corto ...........................................................................16 Apartado 1.2 Tipos de bombas ..........................................................17 1.2.1 Bombas estndar.................................................................................. 17 1.2.2 Bombas con cmara partida ...................................................... 17 1.2.3 Bombas selladas hermticamente .......................................18 1.2.4 Bombas sanitarias .............................................................................. 20 1.2.5 Bombas para aguas residuales ................................................ 21 1.2.6 Bombas sumergibles .........................................................................22 1.2.7 Bombas para pozos de sondeo ................................................23 1.2.8 Bombas con desplazamiento positivo ..............................24 Apartado 1.3 Cierres mecnicos .......................................................27 1.3.1 Componentes y funciones de los cierres mecnicos ...............................................................29 1.3.2 Cierres equilibrados y no equilibrados ............................ 30 1.3.3 Tipos de cierres mecnicos .......................................................... 31 1.3.4 Combinaciones de materiales de cierre...........................34 1.3.5 Factores que afectan al rendimiento del cierre ........36 Apartado 1.4 Motores ............................................................................ 39 1.4.1 Normas ......................................................................................................... 40 1.4.2 Arranque del motor ........................................................................... 46 1.4.3 Alimentacin ............................................................................................47 1.4.4 Convertidor de frecuencia ............................................................47 1.4.5 Proteccin del motor ........................................................................ 49

Apartado 1.5 Lquidos ...............................................................................53 1.5.1 Lquidos viscosos...................................................................................54 1.5.2 Lquidos no newtonianos.............................................................. 55 1.5.3 Impacto de los lquidos viscosos en el rendimiento de bombas centrfugas .................................................................. 55 1.5.4 Seleccin de la bomba adecuada para lquidos con anticongelante .............................................................................56 1.5.5 Ejemplo de clculo...............................................................................58 1.5.6 Seleccin de bombas asistida por ordenador para lquidos viscosos .....................................................................58 Apartado 1.6 Materiales ........................................................................ 59 1.6.1 Qu es la corrosin? ....................................................................... 60 1.6.2 Tipos de corrosin ................................................................................61 1.6.3 Metales y aleaciones metlicas...............................................65 1.6.4 Cermica ...................................................................................................... 71 1.6.5 Plstico ........................................................................................................... 71 1.6.6 Caucho ........................................................................................................... 72 1.6.7 Revestimientos ....................................................................................... 73

Captulo 2 Instalacin y lectura del rendimiento ............................................................................................75Apartado 2.1 Instalacin de las bombas ..................................... 76 2.1.1 Instalacin nueva .................................................................................76 2.1.2 Instalacin existente - sustitucin .......................................76 2.1.3 Caudal en las tuberas para instalaciones con una sola bomba................................................................................................. 77 2.1.4 Limitacin del ruido y las vibraciones................................78 2.1.5 Nivel sonoro (L) .......................................................................................81 Apartado 2.2 Rendimiento de las bombas .............................. 83 2.2.1 Trminos hidrulicos ........................................................................83 2.2.2 Trminos elctricos ........................................................................... 90 2.2.3 Propiedades de los lquidos.........................................................93

Captulo 3 Hidrulica del sistema .................................... 95Apartado 3.1 Caractersticas del sistema ..................................96 3.1.1 Resistencias simples ..........................................................................97 3.1.2 Sistemas cerrados y abiertos .................................................... 98 Apartado 3.2 Bombas conectadas en serie y en paralelo .....101 3.2.1 Bombas conectadas en paralelo ...........................................101 3.2.2 Bombas conectadas en serie................................................... 103

4.5.3 Condiciones especiales relativas a los convertidores de frecuencia ..................................................124

Captulo 5 Clculo de los costes del ciclo vital

127

Captulo 4 Ajuste del rendimiento de las bombas ..................................................................................... 105Apartado 4.1 Ajuste del rendimiento de una bomba......106 4.1.1 Control por estrangulamiento ...............................................107 4.1.2 Control de derivacin .....................................................................107 4.1.3 Cambio del dimetro del impulsor ................................... 108 4.1.4 Control de velocidad....................................................................... 108 4.1.5 Comparacin de los mtodos de ajuste ........................110 4.1.6 Rendimiento global del sistema de bombeo ............ 111 4.1.7 Ejemplo: Consumo relativo cuando el caudal se reduce un 20% ..................................................................................... 111 Apartado 4.2 Sistemas con bombas de velocidad controlada ................................................................................................... 114 4.2.1 Control de presin constante ..................................................114 4.2.2 Control de temperatura constante .................................... 115 4.2.3 Presin diferencial constante en un sistema circulante ............................................................................ 115 4.2.4 Control de presin diferencial compensada por caudal ..............................................................116 Apartado 4.3 Ventajas del control de la velocidad ............117 Apartado 4.4 Ventajas de las bombas con convertidor de frecuencia integrado ........................................ 118 4.4.1 Curvas de rendimiento de las bombas de velocidad controlada ..............................................................119 4.4.2 Bombas de velocidad controlada en diferentes sistemas ..........................................................................119 Apartado 4.5 Convertidores de frecuencia ............................. 122 4.5.1 Caractersticas y funciones bsicas ...................................122 4.5.2 Componentes del convertidor de frecuencia............122

Apartado 5.1 Ecuacin de los costes del ciclo vital ............ 128 5.1.1 Costes iniciales, precio de adquisicin (Cic) ................ 129 5.1.2 Costes de instalacin y puesta en marcha (Cin) ...... 129 5.1.3 Costes de energa (Ce) .................................................................... 130 5.1.4 Costes de funcionamiento (Co).............................................. 130 5.1.5 Costes ambientales (Cenv) ........................................................... 130 5.1.6 Costes de mantenimiento y reparacin (Cm) ............. 131 5.1.7 Costes de paralizacin, prdidas de produccin (Cs)..................................................................................... 131 5.1.8 Costes de retirada de servicio y eliminacin (Co) ................................................................................... 131

Apartado 5.2 Clculo de los costes del ciclo vital ejemplo ........................................................................................................132

Apndice ..........................................................................................................133 A) Notacin y unidades........................................................................134 B) Tablas de conversin de unidades ......................................135 C) Prejos del SI y alfabeto griego ............................................ 136 D) Presin de vapor y densidad del agua a distintas temperaturas ................................................................137 E) Oricio .........................................................................................................138 F) Cambios en la presin esttica debido a cambios en el dimetro de las tuberas .............................................. 139 G) Toberas ....................................................................................................... 140 H) Nomograma de prdidas de altura en codos, vlvulas, etc ..........................................................................141 I) Nomograma de prdidas en tuberas para agua limpia a 20 C ............................................................142 J) Sistema peridico...............................................................................143 K) Normas de bombas ......................................................................... 144 L) Viscosidad de distintos lquidos en funcin de la temperatura del lquido ................................................145

ndice ..................................................................................................................151

Capitulo 1. Diseo de bombas y motores

Apartado 1.1: Estructura de las bombas1.1.1 Bombas centrfugas 1.1.2 Curvas de las bombas 1.1.3 Caractersticas de las bombas centrfugas 1.1.4 Tipos de bombas en lnea y de aspiracin axial ms comunes 1.1.5 Tipos de impulsores (fuerzas axiales) 1.1.6 Tipos de carcasas (fuerzas radiales) 1.1.7 Bombas monocelulares 1.1.8 Bombas multicelulares 1.1.9 Bombas con acoplamiento largo y con acoplamiento corto

Apartado 1.2: Tipos de bombas1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.2.5 1.2.6 1.2.7 1.2.8 Bombas estndar Bombas con cmara partida Bombas selladas hermticamente Bombas sanitarias Bombas para aguas residuales Bombas sumergibles Bombas para pozos de sondeo Bombas con desplazamiento positivo

Apartado 1.1 Estructura de las bombas

1.1.1 Bombas centrfugasEn 1689, el fsico Denis Papin invent la bomba centrfuga. Hoy en da este tipo de bomba es el ms utilizado en todo el mundo. La bomba centrfuga est basada en un principio muy simple: el lquido se dirige al centro del impulsor y por medio de la fuerza centrfuga se arroja hacia la periferia de los impulsores. Su construccin es razonablemente econmica, robusta y simple, y su alta velocidad hace que sea posible conectar la bomba directamente a un motor asncrono. La bomba centrfuga proporciona un caudal constante de lquido y se puede regular fcilmente sin producir daos a la bomba. Ahora echemos un vistazo a la figura 1.1.1, que muestra el caudal del lquido a travs de la bomba. La entrada de la bomba conduce el lquido al centro del impulsor giratorio y desde all se lanza hacia la periferia. Esta construccin ofrece un alto rendimiento y es adecuada para manejar lquidos puros. Las bombas que deben manejar lquidos impuros, como las bombas para aguas residuales, incorporan un impulsor construido especialmente para evitar que los objetos queden atascados dentro de la bomba. Consulte el apartado 1.2.5. Si aparece una diferencia de presin en el sistema mientras la bomba centrfuga no est funcionando, el lquido podr seguir pasando a travs de ella gracias a su diseo abierto. Como se deduce de la figura 1.1.2, las bombas centrfugas se pueden dividir en grupos segn distintas categoras: Bombas de caudal radial, bombas de caudal mixto y bombas axiales. Las bombas de caudal radial y las bombas de caudal mixto son los tipos que se utilizan con mayor frecuencia. Por consiguiente, en las siguientes pginas slo nos concentraremos en esos tipos de bombas. No obstante, presentaremos brevemente las bombas de desplazamiento positivo en el apartado 1.2.8. Las distintas exigencias de rendimiento de una bomba centrfuga, especialmente en lo que se refiere a altura, caudal e instalacin, junto con la exigencia de un funcionamiento econmico, son slo algunos de los motivos por los que existen muchos tipos de bombas. La figura 1.1.3 muestra distintos tipos de bombas en cuanto a caudal y presin.Bomba de caudal radial Bomba de caudal mixto Bomba axial Fig. 1.1.1: Caudal de lquidos a travs de la bomba Consulte el texto en PDF

Fig. 1.1.2: Distintas clases de bombas centrfugas Consulte el texto en PDF

H [m]

10

4

6 4 2 10 6 4 2 102 6 4 2 101 6 4 2 1 2 4 6 101 3

Multistage radial flow pumps

Single-stage radial flow pumps

Mixed flow pumps

Axial flow pumps

2

4 6 102 2

4 6 103 2

4 6 104 2

4 6 103

5

Q [m /s]

Fig. 1.1.3: Caudal y altura para distintos tipos de bombas centrfugas Consulte el texto en PDF

8

1.1.2 Curvas de las bombasAntes de profundizar en el mundo de la estructura y los tipos de bombas, presentaremos las caractersticas bsicas de las curvas de rendimiento de las bombas. El rendimiento de una bomba centrfuga se muestra como un conjunto de curvas de rendimiento. En la figura 1.1.4. se muestran las curvas de rendimiento para una bomba centrfuga. La altura, el consumo, el rendimiento y el NPSH se muestran en funcin del caudal. Normalmente, las curvas de una bomba incluidas en las hojas de datos slo cubren la parte de la bomba. Por lo tanto, el consumo de potencia, el valor P2, que tambin aparece en las hojas de datos, slo contempla la potencia que entra en la bomba. Consulte la figura 1.1.4. Esto mismo se aplica al valor del rendimiento, que solamente cubre la parte de la bomba ( = P). En algunos tipos de bomba con motor integrado y posiblemente con convertidor de frecuencia integrado, p. ej. las bombas con rotor encamisado (consulte el apartado 1.2.3), la curva de consumo y la curva h abarcan tanto el motor como la bomba. En este caso, es el valor P1 el que debe tenerse en cuenta. En general, las curvas de la bomba se disean segn el Anexo A de la norma ISO 9906, que especifica las tolerancias de las curvas:

H [m]

[%]

50

40 70 30 20 60 50 40 30 10 0 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70 Q [m /h]3

Efficiency

0

P2 [kW]10 8 6 4 2 0

NPSH (m)12 10 8 6 4 2

Power consumption

NPSH

Fig. 1.1.4: Curvas de rendimiento tpicas para una bomba centrfuga. Se muestran la altura, el consumo, el rendimiento y el NPSH en funcin del caudal. Consulte el texto en PDF

Q P1 M 3~ P2 H

M

P

Fig. 1.1.5: Las curvas de consumo y rendimiento normalmente slo cubrirn la parte de la bomba de la unidad, es decir, i.e. P2 and P

Q +/- 9%, H +/-7%, P +9% -7%.H [m]60

A continuacin puede leer una breve presentacin de las distintas curvas de rendimiento de las bombas.

50

40

Altura, curva QHLa curva QH muestra la altura que puede conseguir la bomba para un caudal dado. La altura se mide en metros de columna de lquido [mLC]; normalmente se aplica la unidad metro [m]. La ventaja de utilizar la unidad [m] como unidad de medida para la altura de una bomba es que la curva QH no se ve afectada por el tipo de lquido que debe procesar la bomba. Para obtener ms informacin, consulte el apartado 2.2

30

20

10

0

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Q [m3/h]

Fig. 1.1.6: Tpica curva QH para una bomba centrfuga; caudales bajos dan como resultado gran altura y caudales altos dan como resultado pequea altura Consulte el texto en PDF

9


Rendimiento, curva El rendimiento es la relacin entre la potencia proporcionada y la cantidad de potencia utilizada. En el mundo de las bombas, el rendimiento hP es la relacin entre la potencia que la bomba entrega al agua (PH) y la potencia de entrada al eje (P2 ):

p =donde:

PH .g.Q.H = P2 P2

[%]80 70 60 50 40 30

es la densidad del lquido en kg/m3,g es la aceleracin de la gravedad en m/s2, Q es el caudal en m3/s y H es la altura en m.Para agua a 20oC y Q medido en m3/h y H en m, la potencia hidrulica se puede calcular como:

20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70

PH = 2.72 . Q . H [W]Como muestra la curva de rendimiento, el rendimiento depende del punto de servicio de la bomba. Por consiguiente, es importante seleccionar una bomba que se ajuste a los requisitos de caudal y garantice que la bomba trabaje en el rea de caudal ms eficiente.

Q [m3/h]

Fig. 1.1.7: Curva de rendimiento de una bomba centrfuga tpica Consulte el texto en PDF

Consumo, curva P2La relacin entre el consumo de la bomba y el caudal se muestra en la figura 1.1.8. La curva P2 de la mayora de las bombas centrfugas es similar a la de la figura 1.1.8, donde el valor de P2 aumenta cuando el caudal aumenta.

P2 [kW]10 8 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 60 70

Q [m3/h]

Fig. 1.1.8: Curva de consumo de una bomba centrfuga tpica Consulte el texto en PDF

Curva NPSH (Altura de aspiracin positiva neta)NPSH [m]

El valor de NPSH de una bomba es la presin absoluta mnima (consulte el apartado 2.2.1) que debe haber en el lado de aspiracin de la bomba para evitar la cavitacin. El valor de NPSH se mide en [m] y depende del caudal; cuando aumenta el caudal, tambin aumenta el valor de NPSH; figura 1.1.9. Para obtener ms informacin relativa a la cavitacin y a NPSH, consulte el apartado 2.2.1.

10 8 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 60 70

Q [m3/h]

Fig. 1.1.9: Curva de NPSH de una bomba centrfuga tpica Consulte el texto en PDF

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1.1.3 Caractersticas de las bombas centrfugasLa bomba centrfuga tiene varias caractersticas y en este apartado presentaremos las ms importantes. Ms adelante en este captulo daremos una descripcin ms detallada de los distintos tipos de bombas.

Nmero de clulasEn funcin del nmero de impulsores de la bomba, una bomba centrfuga puede ser monocelular o multicelular.

Posicin del eje de la bombaLas bombas monocelulares y multicelulares pueden tener el eje de la bomba en posicin horizontal o vertical. Estas bombas normalmente se denominan bombas horizontales o verticales. Para obtener ms informacin, consulte el apartado 1.1.4.

Impulsores con aspiracin sencilla o aspiracin dobleDependiendo de la construccin del impulsor, una bomba puede equiparse con un impulsor de aspiracin simple o de aspiracin doble. Para obtener ms informacin, consulte el apartado 1.1.5.

Acoplamiento de clulasLas clulas de la bomba se pueden disponer de dos modos: en serie y en paralelo. Consulte la figura 1.1.10.

Construccin de la carcasa de la bombaPodemos distinguir entre dos tipos de carcasa de la bomba: carcasa en forma de voluta y carcasa con canal de retorno y labes directores. Para obtener ms informacin, consulte el apartado 1.1.6.

Fig. 1.1.10: Bomba gemela con impulsores acoplados en paralelo Consulte el texto en PDF

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1.1.4 Tipos de bombas en lnea y de aspiracin axial ms comunes

Aspiracin axial

Horizontal

Monocelular

Multicelular

Acoplamiento largo

Acoplamiento corto

Acoplamiento corto

Bomba de aspiracin axial = Bomba en lnea =

El lquido va directamente al impulsor. La entrada y la salida tienen un ngulo de 90. Consulte el apartado 1.1.9 El lquido pasa directamente a travs de la bomba en lnea. La tubera de aspiracin y la tubera de descarga se colocan enfrentadas entre s y se pueden montar directamente en el sistema de tuberas Bomba con alojamiento dividido longitudinalmente. Consulte el apartado 1.2.2 Bomba con el eje en horizontal Bomba con el eje en vertical Bomba con un solo impulsor. Consulte el apartado 1.1.7 Bomba con varias clulas acopladas en serie. Consulte el apartado 1.1.8 Bomba conectada al motor mediante un acoplamiento flexible. El motor y la bomba tienen estructuras de cojinetes separadas. Consulte el apartado 1.1.9 Bomba conectada al motor por medio de un acoplamiento rgido. Consulte el apartado 1.1.9

Bombas con cmara partida= Bomba horizontal Bomba vertical Bomba monocelular Bomba multicelular Bomba con acoplamiento largo Bomba con acoplamiento corto = = = = =

=

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En lnea

Horizontal Con cmara partida

Horizontal / Vertical

Monocelular

Multicelular

Monocelular Acoplamiento largoAcoplamiento largo Acoplamiento corto

Acoplamiento corto

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1.1.5 Tipos de impulsores (fuerzas axiales)Una bomba centrfuga genera presin que ejerce fuerzas sobre las partes fijas y giratorias de la bomba. Los componentes de la bomba estn construidos para que soporten esas fuerzas. Si las fuerzas axiales y radiales no estn contrapesadas, ser preciso tener en cuenta estas fuerzas al seleccionar el sistema de arrastre para la bomba (cojinetes con contacto angular en el motor). En bombas que incorporan impulsor de aspiracin simple podran aparecer grandes fuerzas axiales. Consulte las figuras 1.1.11 y 1.1.12. Estas fuerzas se equilibran de uno de los siguientes modos: Mecnicamente por medio de soportes de presin. Estos tipos de cojinetes estn diseados especialmente para absorber las fuerzas axiales de los impulsores Por medio de orificios de equilibrado en el impulsor. Consulte la figura 1.1.13 Por medio de regulacin del estrangulamiento desde un anillo de cierre montado en la parte posterior de los impulsores. Consulte la figura 1.1.14 Impacto dinmico desde la parte posterior del impulsor. Consulte la figura 1.1.15 El impacto axial en la bomba se puede evitar utilizando impulsores de aspiracin doble (consulte la figura 1.1.16).Fig. 1.1.13: Equilibrado de las fuerzas axiales en una bomba centrfuga monocelular solamente con orificios de equilibrado Consulte el texto en PDF

Fuerzas axiales

Fig. 1.1.11: Impulsor de aspiracin simple Consulte el texto en PDF Fig. 1.1.12: Bomba estndar con impulsor de aspiracin simple Consulte el texto en PDF

Fig. 1.1.14: Equilibrado de fuerzas axiales en una bomba centrfuga monocelular con separacin de cierre en el lado de descarga y orificios de equilibrado Consulte el texto en PDF

Fig. 1.1.15: Equilibrado de las fuerzas axiales en una bomba centrfuga monocelular con palas en la parte posterior de los impulsores Consulte el texto en PDF

Fig. 1.1.16: Equilibrado de las fuerzas axiales en una disposicin de impulsor con aspiracin doble Consulte el texto en PDF

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1.1.6 Tipos de carcasas (fuerzas radiales)Las fuerzas radiales son el resultado de la presin esttica en la carcasa. Por lo tanto, podran aparecer desviaciones axiales y dar lugar a interferencias entre el impulsor y la carcasa. La magnitud y la direccin de la fuerza radial dependen del caudal y de la altura. Al disear la carcasa para la bomba, se pueden controlar las fuerzas radiales hidrulicas. Merece la pena mencionar dos tipos de carcasas: carcasas con voluta simple y carcasas con voluta doble. Como se puede deducir de la figura 1.1.18, ambas carcasas tienen forma de voluta. La diferencia entre ellas es que la carcasa de voluta doble tiene un labe director. La bomba con voluta simple se caracteriza por una presin simtrica en la voluta para el punto de rendimiento ptimo, que conduce a una carga radial nula. En todos los dems puntos, la presin alrededor del impulsor no es regular y, en consecuencia, existe una fuerza radial. Como se deduce de la figura 1.1.19, la carcasa con voluta doble desarrolla una baja fuerza de reaccin radial constante para cualquier capacidad. En las bombas multicelulares se utilizan canales de retorno (figura 1.1.20) y tienen la misma funcin bsica que las carcasas con voluta. El lquido se conduce desde un impulsor al siguiente, y simultneamente se reducen la rotacin del agua y la presin dinmica se transforma en presin esttica. Debido al diseo circular de la carcasa del canal de retorno, no existen fuerzas radiales.

Fig. 1.1.17: Fuerzas radiales de un impulsor de aspiracin simple Consulte el texto en PDF

Fuerzas radiales

Fig. 1.1.18: Carcasas con voluta simple y voluta doble Consulte el texto en PDFRadial force

Volute casing

Double-volute casing 1.0 Q/Qopt

Fig. 1.1.19: Fuerza radial para carcasas con voluta simple y voluta doble Consulte el texto en PDF

Fig. 1.1.20: Bomba en lnea multicelular vertical y carcasa con canal de retorno Consulte el texto en PDF Canal de retorno

1.1.7 Bombas monocelularesEn general, las bombas monocelulares se utilizan en aplicaciones que no requieren una altura total superior a 150 m. Normalmente, las bombas monocelulares funcionan en el intervalo entre 2 y 100 m. Las bombas monocelulares se caracterizan por suministrar una baja altura respecto al caudal. Consulte la figura 1.1.3. Las bombas monocelulares estn disponibles en modelos verticales y horizontales. Consulte las figuras 1.1.21 y 1.1.22.Fig. 1.1.21: Bomba de aspiracin axial con acoplamiento corto monocelular horizontal Consulte el texto en PDF Fig. 1.1.22: Bomba en lnea con acoplamiento corto monocelular vertical Consulte el texto en PDF

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1.1.8 Bombas multicelularesLas bombas multicelulares se utilizan en instalaciones donde se requiere una gran altura. Se conectan varias clulas en serie y el caudal se gua desde la salida de una clula a la entrada de la siguiente. La altura final que puede proporcionar una bomba multicelular es igual a la suma de las presiones que puede suministrar cada una de las clulas. La ventaja de las bombas multicelulares es que ofrecen una gran altura respecto al caudal. Al igual que las bombas monocelulares, las bombas multicelulares estn disponibles en versin vertical y horizontal. Consulte las figuras 1.1.23 y 1.1.24.Fig. 1.1.25: Bomba con acoplamiento largo y bsico Consulte el texto en PDF Fig. 1.1.26: Bomba con acoplamiento largo y espaciador . Consulte el texto en PDF Fig. 1.1.23: Bomba en lnea multicelular vertical Consulte el texto en PDF Fig. 1.1.24: Bomba de aspiracin axial multicelular horizontal Consulte el texto en PDF

1.1.9 Bombas con acoplamiento largo y con acoplamiento cortoBombas con acoplamiento largoLas bombas con acoplamiento largo son bombas que tienen un acoplamiento flexible que conecta la bomba y el motor. Este tipo de acoplamiento est disponible como acoplamiento bsico o como acoplamiento por espaciador. Si la bomba est conectada con el motor por medio de acoplamiento bsico, ser preciso desmontar el motor cuando la bomba necesite mantenimiento. Por consiguiente, se precisa alinear la bomba despus de montarla. Consulte la figura 1.1.25. Por otro lado, si la bomba dispone de acoplamiento por espaciador, se pueden realizar las tareas de mantenimiento de la bomba sin necesidad de desmontar el motor. En este caso, el alineamiento no es un problema. Consulte la figura 1.1.26.Long-coupled pump with flexible couplingFig. 1.1.27: Bomba con acoplamiento corto y rgido Consulte el texto en PDF

Fig. 1.1.28: Distintos tipos de acoplamiento Consulte el texto en PDF

Basic coupling type

Spacer coupling (option)

Bombas con acoplamiento cortoLas bombas con acoplamiento corto pueden estar fabricadas de estos dos modos: O bien la bomba tiene el impulsor montado directamente sobre el eje prolongado del motor, o bien la bomba tiene un motor estndar y un acoplamiento rgido o por espaciador. Consulte las figuras 1.1.27 y 1.1.28.

Close-coupled pump with rigid coupling

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Apartado 1.2 Tipo de bombas

1.2.1 Bombas estndarHay poca normativa internacional relativa a las bombas centrfugas. De hecho, muchos pases tienen su propia normativa, que se solapa total o parcialmente entre s. Una bomba estndar es una bomba que cumple las regulaciones oficiales relativas a, por ejemplo, el punto de servicio de la bomba. A continuacin se incluyen un par de ejemplos de normativa internacional para bombas EN 733 (DIN 24255) se aplica a bombas centrfugas de aspiracin axial, tambin denominadas bombas de agua estndar con una presin nominal (PN) de 10 bares. EN 22858 (ISO 2858) se aplica a bombas centrfugas, tambin denominadas bombas qumicas estndar, con presin nominal (PN) de 16 bares. Consulte el apndice K. Las normas mencionadas anteriormente cubren las dimensiones de las instalaciones y los puntos de servicio de los distintos tipos de bombas. En cuanto a las piezas hidrulicas de estos tipos de bombas, varan segn el fabricante, por tanto no se han establecido normativas internacionales para estas piezas. Las bombas diseadas siguiendo la normativa proporcionan al usuario final ciertas ventajas en cuanto a reparaciones, repuestos y mantenimiento.Fig. 1.2.2: Bomba estndar con eje descubierto Consulte el texto en PDF

Fig. 1.2.1: Bomba estndar con acoplamiento largo Consulte el texto en PDF

1.2.2 Bombas con cmara partidaUna bomba con cmara partida es un bomba que tiene su alojamiento dividido longitudinalmente en dos partes. La figura 1.2.4 muestra una bomba monocelular con cmara partida y un impulsor con aspiracin doble. La construccin con entrada doble elimina las fuerzas axiales y garantiza una mayor duracin de los cojinetes. Normalmente, las bombas con cmara partida tienen un rendimiento muy alto, son fciles de mantener y tienen una amplia gama de prestaciones.

Fig. 1.2.3: Bomba con acoplamiento largo y cmara partida Consulte el texto en PDF

Fig. 1.2.4: Bomba con cmara partida e impulsor de aspiracin doble Consulte el texto en PDF

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1.2.3 Bombas selladas hermticamenteNo es sorprendente que la entrada al eje de la bomba deba estar sellada. Normalmente esto se consigue por medio de un cierre mecnico. Consulte la figura 1.2.5. La desventaja del cierre mecnico es que tiene propiedades deficientes en cuanto al tratamiento de lquidos txicos y agresivos, que en consecuencia acaban produciendo fugas. Estos problemas pueden resolverse en cierta medida utilizando dobles cierres mecnicos. Otra solucin para estos problemas es utilizar una bomba sellada hermticamente. Se puede distinguir entre dos tipos de bombas selladas hermticamente: Bombas con rotor encamisado y bombas con arrastre magntico. En los dos apartados siguientes, puede encontrar informacin adicional acerca de estas bombas.

Lquido Sellado Atmsfera

Fig. 1.2.5: Ejemplo de bomba estndar con cierre mecnico Consulte el texto en PDF

Bombas con rotor encamisadoCamisa del motor

Una bomba con rotor encamisado es una bomba cerrada hermticamente con el motor y la bomba integrados en una unidad sin cierre. Consulte las figuras 1.2.6 y 1.2.7. Se permite que el lquido bombeado entre en la cmara del rotor, que est separada del estator por medio de una delgada camisa del rotor. Esta camisa del rotor sirve como una barrera sellada hermticamente entre el lquido y el motor. Las bombas qumicas estn fabricadas con materiales como plsticos o acero inoxidable que pueden soportar lquidos agresivos. El tipo de bomba de rotor blindado ms comn es la bomba de circulacin. Este tipo de bomba se utiliza normalmente en circuitos de calefaccin, ya que su construccin proporciona bajo ruido y funcionamiento sin necesidad de mantenimiento.

Fig. 1.2.6: Bomba qumica con motor provisto de diafragma Consulte el texto en PDF Camisa del motor

Fig. 1.2.7: Bomba de circulacin con motor provisto de diafragma Consulte el texto en PDF

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Bombas con arrastre magnticoEn los ltimos aos, las bombas con arrastre magntico se utilizan cada vez ms para transferir lquidos txicos y agresivos. Como se muestra en la figura 1.2.8, las bombas con arrastre magntico constan de dos grupos de imanes; un imn interior y un imn exterior. Estos dos grupos pueden estar separados por un material no magnetizable. La camisa sirve como una barrera sellada hermticamente entre el lquido y la atmsfera. Como muestra la figura 1.2.9, el imn exterior est conectado con el arrastre de la bomba y el imn interior est conectado al eje de la bomba. De este modo, el par de arrastre de la bomba se trasmite al eje de la bomba. El lquido bombeado sirve como lubricante para los cojinetes de la bomba. Por consiguiente, una purga adecuada es crucial para los cojinetes.

Imanes exteriores

Imanes interiores

Diafragma

Fig. 1.2.8: Estructura del arrastre magntico

Imanes interiores Imanes exteriores Diafragma

Fig. 1.2.9: Bomba multicelular con arrastre magntico Consulte el texto en PDF

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1.2.4 Bombas sanitariasLas bombas sanitarias se utilizan principalmente en las industrias de alimentacin, de bebidas, farmacuticas y biotecnolgicas donde es importante que el lquido bombeado se procese con delicadeza y las bombas sean fciles de limpiar. Para poder cumplir estos requisitos de procesamiento para estas industrias, las bombas deben tener una rugosidad superficial de entre 3,2 y 0,4 m Ra. El mejor modo de conseguirlo es utilizar como material de construccin acero inoxidable laminado estirado o forjado. Consulte la figura 1.2.12. El acabado de la superficie de estos materiales es compacto y sin poros, y se puede procesar para cumplir los distintos requisitos de acabado de las superficies. Las principales caractersticas de las bombas sanitarias son la facilidad de limpieza y la facilidad de mantenimiento. Los principales fabricantes de bombas sanitarias han diseado sus productos para que cumplan las siguientes normas:

Fig. 1.2.10: Bomba sanitaria Consulte el texto en PDF

EHEDG European Hygienic Equipment Design Group QHD 3-A Qualified Hygienic Design Normativa sanitaria:3A0/3A1: Norma industrial/higinica Ra 3.2 m 3A2: Norma de esterilizado Ra 0.8 m 3A3: Norma de esterilizado Ra 0.4 m Fig. 1.2.11: Bomba sanitaria con canal lateral autocebante Consulte el texto en PDF

Fundicin con arena

Fundicin de precisin

Acero laminado Fig. 1.2.12: Rugosidad de las superficies de los materiales Consulte el texto en PDF

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1.2.5 Bombas para aguas residualesUna bomba para aguas residuales es una unidad cerrada con una bomba y un motor. Debido a esta construccin, la bomba para aguas residuales es adecuada para la instalacin sumergible en fosos. En instalaciones sumergibles con sistemas de acoplamiento automtico normalmente se utilizan rales dobles. El sistema de acoplamiento automtico facilita el mantenimiento, las reparaciones y la sustitucin de la bomba. Debido a la construccin de la bomba, no es necesario entrar en el foso para realizar tareas de mantenimiento. De hecho, la bomba se puede conectar y desconectar automticamente desde el exterior del foso. Las bombas para aguas residuales tambin se pueden instalar vertical u horizontalmente como las bombas convencionales secas. Igualmente, este tipo de instalacin ofrece fcil mantenimiento y reparacin, adems de proporcionar funcionamiento ininterrumpido de la bomba en caso de inundacin de un foso seco. Consulte la figura 1.2.14. Normalmente, las bombas para aguas residuales deben ser capaces de procesar partculas grandes. Por ese motivo disponen de impulsores especiales que evitan bloqueos y atascos. Hay distintos tipos de impulsores disponibles; impulsores monocanales, impulsores bicanales, impulsores de tres y cuatro canales, e impulsores vrtex. La figura 1.2.15 muestra los distintos diseos de estos impulsores. Las bombas para aguas residuales normalmente incorporan un motor seco con proteccin IP68 (para obtener ms informacin acerca de las clases IP, consulte el apartado 1.4.1). El motor y la bomba tienen un eje prolongado comn con un sistema de doble cierre mecnico en una cmara de aceite intermedia. Consulte la figura 1.2.13. Dependiendo de cada instalacin concreta, las bombas para aguas residuales pueden funcionar de modo intermitente o continuo.Fig. 1.2.13: Detalles de una bomba para aguas fecales e instalaciones hmedas Consulte el texto en PDF

Fig. 1.2.14: Bomba para aguas residuales para instalaciones secas Consulte el texto en PDF

Impulsor vrtex

Impulsor monocanal

Impulsor de canal doble

Fig. 1.2.15: Tipos de impulsores para aguas residuales Consulte el texto en PDF

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1.2.6 Bombas sumergiblesUna bomba sumergible es un tipo de bomba donde la seleccin de la bomba queda sumergida en el lquido bombeado y el motor permanece seco. Normalmente, las bombas sumergibles se instalan en la parte superior o en la pared de depsitos o contenedores. Las bombas sumergibles se utilizan, por ejemplo en la industria de mquinas herramienta, en mquinas herramienta con chispas, moledoras, centros de mecanizado y unidades de refrigeracin, as como en otras aplicaciones industriales que emplean depsitos o contenedores, como sistemas de filtrado y limpieza industrial. Las bombas para mquinas herramienta se dividen en dos grupos: bombas para el lado limpio del filtro y bombas para el lado sucio del filtro. Para el lado limpio del filtro, normalmente se utilizan bombas con impulsores cerrados, ya que ofrecen un alto rendimiento y una alta presin si fuera necesario. Para el lado sucio del filtro normalmente se utilizan bombas con impulsores abiertos o semiabiertos porque pueden procesar partculas e impurezas ferromagnticas.

Fig. 1.2.16: Bomba sumergible Consulte el texto en PDF

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1.2.7 Bombas para pozos de sondeoExisten dos tipos de bombas para pozos de sondeo: el tipo de bomba sumergida para pozo de sondeo con motor sumergible y la bomba para pozos profundos con motor seco conectado a la bomba por medio de un eje largo. Estas bombas normalmente se utilizan en sistemas relacionados con el suministro de agua y el riego. Ambos tipos de bomba estn fabricados para ser instalados en pozos profundos y estrechos, y por tanto tienen un dimetro reducido que hacen que sean ms largos que otros tipos de bombas. Consulte la gura 1.2.17. Las bombas para pozos de sondeo estn diseadas especialmente para que puedan sumergirse en lquidos y por tanto disponen de un motor sumergible con proteccin IP68. Estas bombas disponen de versiones monocelular y multicelular (la versin multicelular es la ms comn), y se acoplan con una vlvula de retencin en la cabeza de la bomba. Hoy en da, las bombas para pozos profundos han sido reemplazadas en mayor o menor medida por bombas de tipo sumergible. El largo eje de las bombas para pozos profundos es una desventaja, ya que las hace difciles e instalar y mantener. Dado que el motor de las bombas para pozos profundos est refrigerado por aire, ese tipo de bomba a menudo se utiliza en aplicaciones industriales para bombear agua caliente desde depsitos abiertos. La bomba sumergible no puede manejar altas temperaturas porque el motor est sumergido en el lquido que debe refrigerarlo.

Fig. 1.2.17: Bomba sumergible Consulte el texto en PDF

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1.2.8 Bombas positivo

con

desplazamiento

H

La bomba con desplazamiento positivo proporciona un caudal constante aproximado a velocidad fija, independientemente de los cambios en la contrapresin. Existen dos tipos principales de bombas con desplazamiento positivo: Bombas rotatorias Bombas de vaivn3 H

Fig. 1.2.18: Relacin tpica entre caudal y altura para tres tipos de bombas: 1) Bombas centrfugas 2) Bombas rotatorias 3) Bombas de vaivn

1

A la derecha se muestra la diferencia de rendimiento entre una bomba centrfuga, una bomba rotatoria y una bomba de vaivn (figura 1.2.18). En funcin de la bomba utilizada, un pequeo cambio en la contrapresin de la bomba puede dar como resultado distintos caudales. El caudal de una bomba centrfuga cambiar considerablemente, el caudal de una bomba rotatoria cambiar un poco, mientras que el caudal de una bomba de vaivn apenas cambiar. Pero, por qu hay diferencias entre las curvas de las bombas de vaivn y rotatorias? En la prctica, la superficie de cierre es mayor para las bombas rotatorias que para las bombas de vaivn. Por lo tanto, aunque las dos bombas estn diseadas con las mismas tolerancias, las prdidas en la separacin para las bombas rotatorias son superiores. Normalmente, las bombas se disean con las tolerancias ms estrictas posibles para obtener el mayor rendimiento y la mayor capacidad de aspiracin posibles. No obstante, en algunos casos es necesario aumentar las tolerancias, como por ejemplo cuando las bombas tienen que procesar lquidos muy viscosos, lquidos que contienen partculas y lquidos a alta temperatura. Las bombas con desplazamiento positivo son intermitentes, lo que significa que el volumen de su caudal dentro de un ciclo no es constante. La variacin en el caudal y la velocidad conduce a fluctuaciones en la presin debidas a la resistencia en el sistema de tuberas y en las vlvulas.3 2 1 Q 2

Diafragma Vaivn De mbolo

Vapor

Actuacin doble Actuacin sencilla Actuacin doble labe Piston

Simple Doble Simple Doble Triple Mltiple

Potencia

Bombas con desplazamiento positivo

Rotor simple

Miembro flexible Tornillo

Rotatorias Rotor mltiple Fig. 1.2.19: Clasificacin de las bombas de desplazamiento positivo Consulte el texto en PDF

Engranaje Lbulo Pistn circunferencial Tornillo

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Bombas de dosificacinLa bomba de dosificacin pertenece a la familia de bombas con desplazamiento positivo y normalmente es del tipo con diafragma. Las bombas con diafragma son a prueba de fugas, ya que el diafragma forma un cierre estanco entre el lquido y el entorno. La bomba de diafragma dispone de dos vlvulas de retencin: una en el lado de aspiracin y otra en el lado de descarga de la bomba. En relacin con las bombas de diafragma pequeas, el diafragma se activa por medio de la biela de conexin, que est conectada a un electroimn. Por lo tanto, la bobina recibe la cantidad exacta de impulsos que necesita. Consulte la figura 1.2.21. En relacin con las bombas de diafragma grandes, el diafragma normalmente se monta sobre la biela de conexin, que se activa por medio de un rbol de levas. Ese rbol de levas gira por medio de un motor asncrono estndar. Consulte la figura 1.2.22. El caudal de una bomba de diafragma se ajusta cambiando la longitud y/o la frecuencia de los impulsos. Si fuera necesario ampliar la regin operativa se podran conectar convertidores de frecuencia a las bombas de diafragma grande. Consulte la figura 1.2.22. Adems, existe otro tipo de bomba de diafragma. En este caso, el diafragma se activa por medio de una biela de conexin arrastrada excntricamente y alimentada por un motor paso a paso o por un motor asncrono. Consulte las figuras 1.2.20 y 1.2.23. Al utilizar el arrastre mediante un motor paso a paso, se incrementa el rea dinmica de la bomba y su precisin aumenta considerablemente. Puesto que la biela de conexin est montada directamente sobre el diafragma, con esta construccin ya no es necesario ajustar la longitudFig. 1.2.20: Bomba de dosificacin Consulte el texto en PDF Fig. 1.2.20: Bomba de dosificacin Consulte el texto en PDF

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de los impulsos de la bomba. Como resultado se obtienen unas condiciones de aspiracin optimizadas y excelentes caractersticas de funcionamiento. Por lo tanto, es muy sencillo controlar el lado de aspiracin y el lado de descarga de la bomba. Comparadas con las bombas de diafragma con arrastre electromagntico tradicional que proporcionan potentes impulsos, las bombas de diafragma con arrastre mediante motor paso a paso permiten obtener una dosificacin de aditivos mucho ms estable.1.2.23: Arrastre por cigeal Consulte el texto en PDF 1.2.22: Retorno con resorte de leva Consulte el texto en PDF

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Captulo 1 Diseo de bombas y motores

Apartado 1.3: Cierres mecnicos1.3.1 Componentes y funciones de los cierres mecnicos 1.3.2 Cierres equilibrados y no equilibrados 1.3.3 Tipos de cierres mecnicos 1.3.4 Combinaciones de materiales de los cierres 1.3.5 Factores que afectan al rendimiento de los cierres

Apartado 1.3 Componentes y funciones de los cierres mecnicos

Desde mediados de los aos 50, los cierres mecnicos fueron ganando popularidad respecto al mtodo de cierre tradicional, los prensaestopas. Comparados con los prensaestopas, los cierres mecnicos ofrecen las siguientes ventajas:

Mantienen la estanqueidad con menoresdesplazamientos y vibraciones del eje

No requieren ningn ajuste Las caras del cierre ofrecen poca friccin y, por lo tanto,minimizan las prdidas de energa

El eje no se desliza contra ninguno de los componentesdel cierre y, por lo tanto, no se desgasta con el uso (bajos costos de reparacin). El cierre mecnico es la parte de la bomba que separa el lquido de la atmsfera. En la figura 1.3.1 se pueden ver un par de ejemplos con cierres mecnicos montados en distintos tipos de bombas. La mayora de los cierres mecnicos se fabrican conforme a la norma europea EN 12756. Antes de seleccionar un cierre, deben conocerse ciertos aspectos acerca del lquido y de la resistencia del cierre al lquido:

Determine el tipo de lquido Determine la presin a la que est expuesto el cierre Determine la velocidad a la que est expuesto el cierre Determine las dimensiones del sistemaFig. 1.3.1: Bombas con cierres mecnicos

En las siguientes pginas presentaremos el funcionamiento de los cierres mecnicos, los distintos tipos de cierres, los materiales con los que se fabrican y los factores que afectan al rendimiento de los cierres mecnicos.

Consulte el texto en PDF

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1.3.1 Componentes y funciones de los cierres mecnicosLos cierres mecnicos constan de dos componentes principales: una parte giratoria y una parte fija; y constan de las piezas enumeradas en la figura 1.3.2. La figura 1.3.3 muestra dnde estn situadas las distintas piezas del cierre.

Cierre mecnico

Designacin Cara del cierre (cierre principal)

Parte giratoria

Cierre secundario ResorteRetencin del resorte (transmisin del par)

Parte fija

Asiento (caras del cierre, cierre principal) Cierre esttico (cierre secundario)

La parte fija del cierre est firmemente unida a la carcasade la bomba. La parte giratoria del cierre est unida al eje de la bomba y gira cuando funciona la bomba.

Fig. 1.3.2: Componentes de los cierres mecnicos

Las dos caras principales del cierre se presionan entre spor medio del resorte y por la presin del lquido. Durante el funcionamiento se genera una pelcula de lquido en la estrecha separacin entre las dos caras del cierre. Esta pelcula se evapora antes de entrar en la atmsfera, apretando fuertemente el lquido del cierre mecnico. Consulte la figura 1.3.4.

Parte fija

Cierre secundario Cierre principal

Retencin del resorte Resorte

Parte giratoria

Eje

Los cierres secundarios evitan que aparezcan fugas entre elensamblaje y el eje.Fig. 1.3.3: Componentes principales de un cierre mecnico

Cierre secundario Cierre principal

El resorte presiona de modo mecnico entre s las caras delcierre.Vapor Origen de la evaporacin

El dispositivo de retencin con resorte transmite el pardesde el eje al cierre. En el caso de cierres mecnicos de fuelles mecnicos, el par se transfiere directamente a travs de los fuelles.Fuerza del lquido Fuerza del resorte Pelcula de lubricacin

Separacin del cierreFig. 1.3.4: Cierre mecnico en funcionamiento

Durante el funcionamiento, el lquido forma una pelcula lubricante entre las caras del cierre. Esta pelcula lubricante consta de una pelcula hidrosttica y una pelcula hidrodinmica.

El elemento hidrosttico es generado por el lquidobombeado que penetra en la separacin existente entre las caras del cierre.

La pelcula lubricante hidrodinmica se crea por lapresin generada al girar el eje.

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Start of evaporation 1 atm Exit into atmosphere

1.3.2 Cierres equilibrados y no equilibradosPara obtener una presin aceptable entre las caras de cierre principales, existen dos tipos de cierres: cierres equilibrados y cierres no equilibrados.

Stationary seal face

Rotating seal face Pump pressure

Pressure Liquid Vapour

Entrance in seal Atmosphere

Cierres equilibradosLa figura 1.3.6 muestra un cierre equilibrado en el que se indica dnde interactan las fuerzas sobre el cierre.

Fig. 1.3.5: Proporcin ptima entre las propiedades de una buena lubricacin y fugas limitadas Consulte el texto en PDF

Cierres no equilibradosEl espesor de la pelcula lubricante depende de la velocidad de la bomba, la temperatura del lquido, la viscosidad del lquido y las fuerzas axiales del cierre mecnico. En el espacio de separacin del cierre, el lquido cambia continuamente debido aContact area of seal faces Contact area of seal faces Spring forces Hydraulic forces Hydraulic forces

La figura 1.3.7 muestra un cierre no equilibrado en el que se indica dnde interactan las fuerzas sobre el cierre.

la evaporacin del lquido a la atmsfera el movimiento circular del lquido

A

B

A

B

La figura 1.3.5 muestra la relacin ptima entre unas propiedades de lubricacin aceptables y unas fugas limitadas. Se puede deducir que la relacin ptima se consigue cuando la pelcula lubricante cubre toda la separacin del cierre, excepto una estrechsima zona de evaporacin cerca del lado atmosfrico del cierre mecnico. A menudo aparecen fugas debidas a depsitos en las caras del cierre. Cuando se utilizan agentes refrigerantes, se acumulan sedimentos rpidamente por la evaporacin en el lado atmosfrico del cierre. Cuando se evapora el lquido en la zona de evaporacin, los slidos microscpicos del lquido permanecen en la separacin de cierre en forma de sedimentos, provocando desgaste. Estos sedimentos aparecen en la mayora de los tipos de lquidos. Sin embargo, cuando el lquido bombeado tiene tendencia a cristalizarse, se puede convertir en un problema. El mejor modo de evitar el desgaste es seleccionar caras de cierre fabricadas con materiales duros, como carburo de tungsteno (WC) o carburo de silicio (SiC). La estrecha separacin de cierre entre estos materiales (aprox. 0,3 m Ra) minimiza el riesgo de entrada de slidos en la separacin de cierre y por lo tanto minimiza la cantidad de depsitos sedimentados. Hay distintas fuerzas que ejercen un impacto axial sobre las caras de cierre. La fuerza del resorte y la fuerza hidrulica del lquido bombeado presionan simultneamente sobre el cierre, mientras que la fuerza de la pelcula lubricante de la separacin del cierre contrarresta esas fuerzas. En relacin con la elevada presin del lquido, las fuerzas hidrulicas pueden ser tan fuertes que el lubricante que hay en la separacin del cierre no pueda contrarrestar el contacto entre las caras del cierre. Dado que la fuerza hidrulica es proporcional al rea a la que afecta la presin del lquido, el impacto axial solamente se puede reducir disminuyendo el rea en que hay una sobrecarga de presin.Fig. 1.3.6: Interaccin de fuerzas en el cierre equilibrado Consulte el texto en PDF Fig. 1.3.7: Interaccin de fuerzas en el cierre no equilibrado Consulte el texto en PDF

30

Wear rate comparative

El factor de equilibrio (K) de un cierre mecnico se define como el cociente entre el rea A y el rea (B) : K=A/B K = Factor de equilibrio A = rea expuesta a presin hidrulica B = rea de contacto de las caras del cierre Para los cierres equilibrados, el factor de equilibrio normalmente es de alrededor de K=0,8 y para los cierres no equilibrados, el factor de equilibrio suele estar alrededor de K=1,2.

0

20

40

60

80

100

120 140 Wear rate comparative o

Temperature ( C)

K = 1.15 K = 1.00 K = 0.85

0

20

40

60

80

100

120

140

1.3.3 Tipos de cierres mecnicosA continuacin se proporciona una breve descripcin delos principales tipos de cierres mecnicos: Cierre con junta trica, cierre de fuelle y cierre unitario (cierre de cartucho).

Fig. 1.3.8: Tasa de desgaste para distintos factores de equilibrio K = 1.15 Consulte el texto en PDF

Temperature (oC)

K = 1.00 K = 0.85

Fig. 1.3.9: Cierre con junta trica Ventajas y desventajas del cierre con junta trica Ventajas: Adecuado para aplicaciones con lquidos calientes y altas presiones Desventajas: Los sedimentos sobre el eje (como xido) podran impedir el movimiento longitudinal del cierre con junta trica Consulte el texto en PDF

Cierres con junta tricaEn los cierres con junta trica, el cierre entre el eje giratorio y la cara de cierre giratoria se efecta mediante una junta trica (figura 1.3.9). La junta trica debe poder deslizarse libremente en la direccin axial para absorber los desplazamientos axiales como resultado de los cambios de temperatura y el desgaste. La colocacin incorrecta del asiento fijo podra dar como resultado un frotamiento y, en consecuencia, un desgaste innecesario de la junta trica y el eje. Las juntas tricas se fabrican con distintos tipos de material de caucho, como NBR, EPDM y FKM, para adaptarse a las distintas condiciones de funcionamiento.

Cierres de fuellesUna caracterstica comn de los cierres de fuelles es la utilizacin de fuelles metlicos o de caucho que funcionan como elementos de cierre dinmicos entre la junta giratoria y el eje.

Rubber bellows seal with folding bellows geometry

Fig. 1.3.10: Cierre con fuelles de caucho Ventajas y desventajas del cierre con fuelles de caucho Ventajas: No le afectan los sedimentos (como xido) sobre el eje Adecuado para bombear lquidos que transportan slidos Desventajas: No son adecuados en aplicaciones de alta presin y lquidos calientes

Cierres de fuelles de cauchoLos fuelles de los cierres con fuelle de caucho (consulte la figura 1.3.10) pueden estar fabricados con distintos tipos de material de caucho, como NBR, EPDM y FKM, segn las condiciones de funcionamiento. En el diseo de los fuelles de caucho se utilizan dos principios geomtricos:

Fuelles plegables Fuelles enrollados.

31


Cierres de fuelles metlicosEn un cierre mecnico ordinario, el resorte produce la fuerza de cierre necesaria para cerrar las caras del cierre. En un cierre de fuelles metlicos (figura 1.3.11) el resorte se reemplaza por un fuelle metlico con una fuerza similar. Los fuelles metlicos actan tanto como un cierre dinmico entre la junta giratoria y el eje, como un resorte. Los fuelles tienen un nmero de estras para aportarles la fuerza de resorte necesaria.

Ventajas y desventajas del cierre de cartucho con fuelle metlico Ventajas: No le afectan los sedimentos (como xido y cal) sobre el eje Adecuado en aplicaciones de alta presin y lquidos calientes Su bajo factor de equilibrado conduce a una baja tasa de desgaste y, en consecuencia, a una mayor vida til Desventajas: Podran producirse fallos de fatiga del cierre mecnico cuando la bomba no est correctamente alineada La fatiga se produce como resultado de temperaturas o presiones excesivas

Fig. 1.3.11: Cierre de cartucho con fuelle metlico

Cierres de cartuchoEn un cierre de cartucho mecnico todas las piezas forman una unidad compacta sobre una camisa de eje, y estn listos para su instalacin. Los cierres de cartucho ofrecen muchas ventajas si se comparan con los cierres mecnicos convencionales. Consulte la figura 1.3.12.

Ventajas del cierre de cartucho: Reparacin sencilla y rpida El diseo protege las caras del cierre Resorte precargado Manipulacin segura

PurgaEn ciertas aplicaciones, se puede aumentar el rendimiento de los cierres mecnicos instalando un sistema de purga. Consulte la figura 1.3.13. La purga puede reducir la temperatura del cierre mecnico y evitar que se produzcan sedimentos. Esta purga se puede instalar interna o externamente. La purga interna se consigue derivando una pequea parte del caudal del lado de descarga de la bomba al rea de cierre. La purga interna se utiliza principalmente para evitar la generacin de calor adicional en el cierre en aplicaciones de calefaccin. La purga externa se consigue mediante un lquido de purga y se utiliza para garantizar un funcionamiento sin problemas al manejar lquidos abrasivos o que contienen slidos que podran producir atascos.32

Fig. 1.3.12: Cierre de cartucho

Fig. 1.3.13: Dispositivo de purga de un cierre mecnico sencillo Consulte el texto en PDF

Dobles cierres mecnicosLos dobles cierres mecnicos se utilizan cuando la duracin de un cierre mecnico sencillo es insuficiente debido al desgaste causado por slidos o por temperaturas y presiones demasiado altas/bajas. Adems, los dobles cierres mecnicos se utilizan en el caso de lquidos txicos, agresivos y explosivos para proteger el entorno. Existen dos tipos de dobles cierres mecnicos: El doble cierre en disposicin tndem y el doble cierre en disposicin espalda con espalda.

Quench liquid

Quench liquid Quench liquid

Pumped liquid

Doble cierre en tndemEste tipo de doble cierre consta de dos cierres mecnicos montados en tndem, uno detrs del otro, colocados en una cmara de cierre separada. Consulte la figura 1.3.14. Este tipo de cierre se monta cuando no se necesita utilizar dobles cierres mecnicos presurizados montados en disposicin espalda con espalda. La disposicin del cierre en tndem debe incorporar un sistema de lquido de enfriamiento que

Pumped liquid

Pumped liquid Fig. 1.3.14: Disposicin de cierre en tndem con circulacin de lquido de enfriamiento Consulte el texto en PDF

Quench liquid

absorba las fugas monitorice la cantidad de fugas lubrique y refrigere el cierre exterior para evitar laformacin de hielo proteja frente al funcionamiento en vaco estabilice la pelcula lubricante evite que entre aire a la bomba en caso de vaco. La presin del lquido de enfriamiento siempre debe ser inferior a la del lquido bombeado.

Quench liquid Quench liquid

Pumped liquid

Pumped liquid

Pumped liquid

Fig. 1.3.15: Disposicin de cierre en tndem con lquido de enfriamiento y extremo cerrado Consulte el texto en PDF

Tndem - circulacinCirculacin del lquido de enfriamiento a travs de un tanque despresurizado. Consulte la figura 1.3.14. El lquido de enfriamiento del tanque elevado se hace circular mediante un termosifn y/o por la accin del bombeo del cierre.

Tndem - extremo cerradoLquido de enfriamiento desde un tanque elevado. Consulte la figura 1.3.15. El sistema no disipa ningn calor.

Pumped liquid

Pumped liquid Pumped liquid

Tndem - drenajeEl lquido de enfriamiento fluye directamente a travs de la cmara de cierre para su recogida o reutilizacin, o para conducirlo al drenaje. Consulte la figura 1.3.16.Fig. 1.3.16: Disposicin de cierre en tndem con lquido de enfriamiento y drenaje Consulte el texto en PDF

33


Barrera presin de lquido

Cmara de cierre con lquido presin de barrera

1.3.4 Combinaciones de materiales de los cierresA continuacin se enumeran las parejas de materiales ms importantes utilizadas en cierres mecnicos para aplicaciones industriales: Carburo de tungsteno/carburo de tungsteno, carburo de silicio/carburo de silicio y carbono/ carburo de tungsteno o carbono/carburo de silicio.

Lquido bombeado

Carburo de tungsteno/carburo tungsteno (WC/WC)

de

Fig. 1.3.17: Disposicin de cierre espalda con espalda Lquido presin de barrera

Doble cierre espalda con espaldaEste tipo de cierre es la solucin ptima para manejar lquidos abrasivos, agresivos, explosivos o adhesivos que podran desgastar, daar o bloquear un cierre mecnico. El doble cierre espalda con espalda consta de dos cierres montados espalda con espalda en una cmara de cierre separada. Consulte la figura 1.3.17. El doble cierre espalda con espalda protege el entorno circundante y a las personas que trabajan con la bomba. La presin en la cmara de cierre debe ser 1 2 bares superior que la presin en la bomba. La presin se puede generar por:

El carburo de tungsteno cementado abarca el tipo de metales duros basados en una fase de carburo de tungsteno (WC) duro y normalmente una fase de ligazn metlica ms blanda. El trmino tcnico correcto es carburo de tungsteno cementado. No obstante, se utiliza el trmino abreviado carburo de tungsteno (WC) por comodidad. El WC ligado con cobalto (Co) solamente es resistente a la corrosin del agua si la bomba incorpora un metal base, como hierro fundido. EL WC ligado con cromo-nquel-molibdeno tiene una resistencia a la corrosin igual a EN 14401. El WC sinterizado sin ligazn tiene la resistencia ms alta a la corrosin. Sin embargo, su resistencia a la corrosin en lquidos, como el hipoclorito, no es tan elevada. La pareja de materiales WC/WC tiene las siguientes caractersticas:

Extremadamente resistente al desgaste Muy robusto, resiste un tratamiento rudo Propiedades deficientes para el funcionamiento en vaco.En caso de funcionamiento en vaco, la temperatura aumenta hasta varios cientos de grados Celsius en muy pocos minutos y, en consecuencia, deteriora las juntas tricas. Si se superan una cierta presin y una cierta temperatura, el cierre puede generar ruidos. El ruido indica unas condiciones deficientes de funcionamiento del cierre que a largo plazo pueden generar el desgaste del cierre. Los lmites de utilizacin dependen del diseo y del dimetro de las caras del cierre. Para una pareja WC/WC en las caras del cierre, el periodo de funcionamiento con desgaste donde se espera que se produzca ruido podra durar de 3 a 4 semanas, aunque normalmente no se produce ningn ruido durante los primeros 3 o 4 das.

Una fuente de presin independiente ya existente.Muchas aplicaciones incorporan sistemas presurizados.

Una bomba independiente, p. ej., una bomba dedosificacin.

34

Silicon carbide/silicon carbide (SiC/SiC)Silicon carbide/silicon carbide (SiC/SiC) is an alternative to WC/WC and is used where higher corrosion resistance is required . The SiC/SiC material pairing has the following features: Consequently, in warm water, the Q 1P / Q 1P face material pairing generates less noise than the WC/WC pairing. However, noise from porous SiC seals must be expected during the running-in wear period of 3-4 days. Q 1G self-lubricating, sintered SiC Several variants of SiC materials containing dry lubricants are available on the market. The designation Q1G applies to a SiC material, which is suitable for use in distilled or demineralised water, as opposed to the above materials. Pressure and temperature limits of Q 1G / Q 1G are similar to those of Q 1P / Q 1P. The dry lubricants, i.e. graphite, reduce the friction in case of dry-running, which is of decisive importance to the durability of a seal during dry-running.

Very brittle material requiring careful handling Extremely wear resistant Extremely good corrosion resistance. SiC (Q 1s, Q 1P andQ 1G ) hardly corrodes, irrespective of the pumped liquid type. However, an exception is water with very poor conductivity, such as demineralised water, which attacks the SiC variants Q 1s and Q 1P, whereas Q 1G is corrosionresistant also in this liquid

In general, these material pairings have poor dry-runningproperties however, the Q 1G / Q 1G material withstands a limited period of dry-running on account of the graphite content of the material For different purposes, various SiC/SiC variants exist: Q 1 , dense-sintered, fine-grained SiC A direct-sintered, fine-grained SiC with a small amount of tiny pores. For a number of years, this SiC variant was used as a standard mechanical shaft seal material. Pressure and temperature limits are slightly below those of WC/WC. Q 1P, porous, sintered, fine-grained SiC A variant of the dense-sintered SiC. This SiC variant has large circular closed pores. The degree of porosity is 5-15% and the size of the pores 10-50 m Ra. The pressure and temperature limits exceed those of WC/WC.s

Carbon/tungsten carbide or carbon/ silicon carbide featuresSeals with one carbon seal face have the following features:

Brittle material requiring careful handling Worn by liquids containing solid particles Good corrosion resistance Good dry-running properties (temporary dry-running) The self-lubricating properties of carbon make theseal suitable for use even with poor lubricating conditions (high temperature) without generating noise. However, such conditions will cause wear of the carbon seal face leading to reduced seal life. The wear depends on the pressure, temperature, liquid diameter and seal design. Low speeds reduce the lubrication between the seal faces; as a result, increased wear might have been expected. However, this is normally not the case because the distance that the seal faces have to move is reduced.

35


El carbn impregnado con metal (A) ofrece una limitadaresistencia a la corrosin pero una mejor resistencia mecnica y conductividad del calor y, por lo tanto, se reduce el desgaste

La accin del bombeo centrfugo de las piezas giratorias.El consumo aumenta significativamente con la velocidad de rotacin (proporcional a la tercera potencia)

Con menor resistencia mecnica pero mayor resistenciaa la corrosin, el carbn impregnado de resina sinttica B) cubre un amplio campo de aplicaciones. El carbn impregnado en resina sinttica est aprobado para el uso con agua potable.

La friccin de las caras del cierre.La friccin entre las dos caras del cierre consta de la friccin en la delgada pelcula de lquido y la friccin debida a los puntos de contacto entre las caras del cierre. El nivel de consumo energa depende del diseo del cierre, de las condiciones de lubricacin y de los materiales entre las caras del cierre.250 200200

El uso de carbn/SiC en aplicaciones con agua calientepodra originar un gran desgaste del SiC, dependiendo de la calidad del carbn y del agua. Este tipo de desgaste principalmente se aplica a Q1 S/carbon.El uso de Q1 P, Q 1G o una pareja carbn/WC origina un desgaste mucho menor. Por lo tanto, para sistemas de agua caliente se recomiendan las parejas carbn/WC carbon/Q 1P o carbon/Q1G

Power loss (W)250

Power loss (W)

150 100 50

150 100 50 0

3600

3600

1.3.5 Factores que afectan al rendimiento del cierreComo se ha mencionado anteriormente, no hay ningn cierre que sea totalmente estanco. En las siguientes pginas, presentaremos los factores que afectan al rendimiento de los cierres: consumo de energa, ruido y fugas. Estos factores se presentarn por separado. Sin embargo, es importante resaltar que estn ntimamente interrelacionados y deben tenerse en cuenta en su conjunto.

0 0

0 2000

2000 4000 4000

6000 6000

8000 8000

10000 10000

Speed (rpm)

Speed (rpm)

12000 12000

Fig. 1.3.18: Consumo de energa de un cierre mecnico de 12 mm Consulte el texto en PDF

Pumping action action FrictionFriction

Pumping

La figura 1.3.18 es un ejemplo tpico del consumo de un cierre mecnico. Esta figura muestra que hasta 3600 rpm la friccin es la causa principal del consumo de energa del cierre mecnico.

Consumo de energaObviamente, es necesario utilizar energa para hacer que gire el cierre. Los siguientes factores contribuyen al consumo de energa y constituyen las prdidas de energa de un cierre mecnico:

36

El consumo de energa es un problema muy importante, especialmente en el caso de los prensaestopas. Como se deduce del ejemplo, si se reemplaza un prensaestopas por un cierre mecnico se obtiene un considerable ahorro de energa. Consulte la figura 1.3.19.

Standard pump 50 mLC; 50 mm shaft and 2900 rpm Energy consumption Stuffing box Mechanical shaft seal Leakage Stuffing box Mechanical shaft seal 2.0 kWh 0.3 kWh 3.0 l/h (when mounted correctly) 0.8 ml/h

RuidoLa seleccin de los materiales de las caras del cierre Bar es decisiva para el funcionamiento y la vida til del cierre mecnico. El ruido se genera como resultado 25 de las malas condiciones de lubricacin de los cierres 20 que procesan lquidos de baja viscosidad. La viscosidad Duty range del agua disminuye al aumentar la temperatura. Esto 15 significa que las condiciones de lubricacin empeoran 10 al aumentar la temperatura. Si el lquido bombeado alcanza o supera la temperatura de ebullicin, el lquido 5 del lado de la cara del cierre se evapora y genera un deterioro adicional de las condiciones de lubricacin. 0 10 20 30 Una reduccin de la velocidad tiene el mismo efecto. Consulte la figura 1.3.20.

Fig. 1.3.19: Prensaestopas frente a cierre mecnico Consulte el texto en PDFNoiseBar

25

20

Noise Duty range70 80 90 100 110 C

1540 50 60

10

Speed at 3000 rpm Speed at 1800 rpm Speed at 1200 rpm Speed at 600 rpm

5

FugasEn los cierres mecnicos, el lquido bombeado lubrica la cara del cierre. Por lo tanto, una mejor lubricacin significa menor friccin y mayores fugas. A la inversa, menores fugas implican peores condiciones de lubricacin y mayor friccin. En la prctica, la cantidad de fugas y prdidas de energa que se producen en los cierres mecnicos son variables. El motivo es que las fugas dependen de factores que son imposibles de cuantificar tericamente a causa de los tipos de caras del cierre, tipos de lquidos, cargas de los resortes, etc. Por consiguiente, la figura 1.3.21 debe servir solamente de gua orientativa. Para leer correctamente la curva de tasa de fugas (figura 1.3.21), hay que seguir cuatro pasos: Paso 1: Lea la presin - en este caso, 5 bares Paso 2: Cierre no equilibrado de 30 mm Paso 3: Velocidad 3000 rpm Paso 4: Tasa de fugas 0,06 ml/h

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

C

Fig. 1.3.20: Relacin entre rango de servicio y velocidad Speed at 3000 rpm Consulte el texto en PDF Speed at 1800 rpm

Speed at 1200 rpm1

5

10 Dw (mm) 100 B

100

Differential pressure to600 rpm p (bar) Speed at be sealed00 00 15 18n

B = balanced U = unbalanced

100 U 80 U

80 B

00 00 30 1 ) 36 n i (m

60 B 60 U 40 B 40 U 30 U 20 B 20 U 30 B

0.001

0.01

0.06 0.1

1

Leakage Q (ml/h)

Fig. 1.3.21: Tasas de fugas Consulte el texto en PDF

37

Capitulo 1. Diseo de bombas y motores

Apartado 1.4: Motores1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.4.4 1.4.5 Normas Arranque del motor Alimentacin Convertidor de frecuencia Proteccin del motor

Apartado 1.4 Motores

Los motores se utilizan en todo el mundo y en multitud de aplicaciones. El propsito de los motores elctricos es producir rotacin, esto es, convertir energa elctrica en energa mecnica. Las bombas funcionan utilizando la energa mecnica que proporcionan los motores elctricos.Fig. 1.4.1: Motor elctrico Consulte el texto en PDF

1.4.1 Normas

Fig. 1.4.2: Normas NEMA e IEC Consulte el texto en PDF

IEC NEMALa National Electrical Manufacturers Association (NEMA, Asociacin Nacional de Fabricantes Elctricos) establece las normas para una amplia gama de productos elctricos que incluyen los motores. NEMA se asocia principalmente con los motores utilizados en Norteamrica. Las normas representan el uso prctico en la industria en general y estn respaldados por los fabricantes de los equipos elctricos. Las normas se pueden consultar en la publicacin de normas NEMA N MG1. Algunos motores grandes podran no estar dentro de la normativa NEMA. La International Electrotechnical Commission (IEC, Comisin Electrotcnica Internacional) establece las normas para motores que se utilizan en diversos pases del mundo. La norma IEC 60034 contiene las prcticas elctricas recomendadas que han elaborado los pases que participan en la IEC.

40

User

ManufacturerCategory 3 equipment (3G/3D)

Directivas y mtodos de proteccin Motores EXATEX (ATmsfera EXplosiva) se reere a dos directivas de la UE relativas a los peligros de explosin para distintas reas. La directiva ATEX atae a equipos elctricos, mecnicos, hidrulicos y neumticos. En cuanto a los equipos mecnicos, los requisitos de seguridad de la directiva ATEX garantizan que algunos de los componentes de la bomba (como los cierres y los cojinetes) no se calienten y hagan arder a gases y polvo. La primera directiva ATEX (94/9/EC) trata sobre los requisitos aplicables a los equipos para uso en reas con peligro de explosin. El fabricante tiene que cumplir los requisitos y etiquetar sus productos dentro de unas categoras. La segunda directiva ATEX (99/92/EC) trata sobre los requisitos de seguridad y salud mnimos que debe cumplir el usuario cuando trabaja en reas con peligro de explosin. Se utilizan diversas tcnicas para evitar que los equipos elctricos se conviertan en una fuente de ignicin. En el caso de motores elctricos, se aplican los tipos de proteccin d (ininamable), e (seguridad ampliada) y nA (sin chispas) en relacin con el gas, y DIP (a prueba de ignicin del polvo) en relacin con el polvo.Constant danger Potentiel Fig. 1.4.3: El vnculo danger entre zonas y categoras de equipamiento es un Minor requisito mnimo. Si las danger reglas nacionales son ms estrictas, aplquelas. Consulte el texto en PDF

Zone: 2 or 22

Zone: 1 or 21

Category 2 equipment (2G/2D) Zone: 0 or 20 Zone: 1 or 21 Zone: 2 or 22 Category 1 equipment (1G/1D)

Zones: Gas (G): 0, 1 and 2 Dust (D): 20, 21 and 22

Fig. 1.4.4: La explosin se produce dentro del motor y se conduce al exterior del motor a travs de guas para llamas. La clasificacin de temperatura para motores EExd ininflamables es vlida para superficies externas. Consulte el texto en PDF

Motores ininflamables - proteccin tipo EExd (de)En primer lugar, los motores ininflamables EExd (tipo de) son equipos de categora 2G para uso en la zona 1. La carcasa del estator y las bridas rodean las piezas del motor ininflamables que podran encender una atmsfera potencialmente explosiva. Gracias a la carcasa, el motor puede soportar la presin que acompaa a las explosiones de una mezcla explosiva dentro del motor. De este modo, se evita la propagacin de la explosin a la atmsfera que rodea la carcasa porque la explosin se enfra por medio de guas para llamas. El tamao de las guas para llamas se define en la norma EN 50018. La temperatura de la superficie de la carcasa ininflamable siempre debe ser la correspondiente a las clases de temperatura.

Fig. 1.4.5: En motores con seguridad ampliada EExe, no pueden producirse chispas. La clasificacin de temperatura cubre tanto las superficies internas como externas. Consulte el texto en PDF

Motores con seguridad ampliada - proteccin tipo EEx (e)Los motores con seguridad ampliada (tipo e) son equipos de categora 2G para uso en zona 1. Esos motores no son ininflamables y no estn fabricados para soportar explosiones internas. La construccin de este tipo de motores tiene como base una mayor seguridad frente a

Fig. 1.4.6: Con motores ExnA sin chispas, no es probable que se produzca ignicin. Consulte el texto en PDF

41 5

Apartado 1.4 Motores

posibles temperaturas excesivas y la aparicin de chispas y arcos durante el funcionamiento normal y cuando surgen errores predecibles. La clasificacin de temperatura para motores con seguridad ampliada es vlida tanto para superficies internas como externas y, por lo tanto, es importante observar la temperatura del devanado del estator.

Equipos 2D/categora 2Con objeto de evitar que la electricidad pueda causar una ignicin, el ventilador de refrigeracin de los motores DIP de categora 2 para uso en zona 21 (rea con peligro potencial de explosin) se fabrica en metal. Asimismo, para minimizar el riesgo de ignicin, el terminal de tierra externo est sujeto a exigencias de construccin ms severas. La temperatura de la superficie externa de la carcasa, que se indica en la placa de caractersticas del motor, corresponde al rendimiento de funcionamiento bajo las peores condiciones permitidas para ese motor. Los motores para uso en zona 21 (rea con peligro potenc

Manual de Bombeo

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